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KONTAKTAUSTAUSCHER ZUR DURCHFÜHRUNG VON WÄRME-
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UND STOFFAUSTAUSCHPROZESSEN Die vorliegende Erfindung bezieht sicL
auf Anlagen zur Durchführung von Wärme- und Stoffaustauschprozessen, die im System
Gas (Dampf) - Flüssigkeit ablaufen, insbesondere#auf kontakt austauscher.
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Mit grösstem Vorteil kann die vorliegende Erfindung in Rektifikations-
und Absorptionskolonnen f2r Prozesse ange wendet werden, die bei hoher Flüssigkeitsausnutzung
z.B.
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zur Reinigung konvertierten Gases von Kohlenetoffmonoxyd und -dioxyd
mit Hilfe verschiedener Sorptionsmittel durchgeführt werden, sowie für Prozesse
der Sorption von Stickstoffoxyden durch Wasser bei der Produktion von schwacher
Salpetersäure.
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Eine Tendenz beim Betrieb moderner Anlagen zur Durchführung von Wärme-
und Stoffaustauschprozessen, die zwischen Gas (Dampf) und Flüssigkeit ablaufen,
ist die Steigerung
des Drucks in ihnen, was zur Erhöhung der Flüssigkeitsausnutzung#führt.
Deshalb wird zur Zeit an die Anlagen zur Durchführung von Wärme- und Stoffaustauschprozessen
die Forderung gestellt, eine erhöhte Durchsatzleistung bezogen auf die Flüssigkeit
zu gewährleisten.
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ist ein Kontaktaustauscher zur Durchführung von Warme- und stoffaustauschprozessen
(US PS 3410540) bekannt, der eine perforierte Grundplatte, deren Öffnungen zum Durchtritt
von Gas /DAMPF/ bestimmt sind, enthält und mit Überlaufvorrichtungen für die Flüssigkeit
versehen ist, von denen jede einen rechteckigen Querschnitt aufweist. Beim Einsatz
dieses Kontaktaustauschers#in einer Kolonne sind die Überlaufvorrichtungen an jeder
Gruncplatte parallel zueinander angebracht und unter einem Winkel von 900 in bezug
auf die benachbarten Grundplatten angeordnet. Ein solcher Kontaktaustauscher hat
einen verhältnismässig niedrigen Wirkungsgrad Beim einsatz im Prozess der Trennung
nach den Methoden der Absorption und Kektifikation, eine geringe Durchsatzleistung
bezogen auf die Flüssigkeit, einen engen Bereich stabiler Arbeit mit lokalem Durchfallen
von Flüssigkeit an den Stellen ihres Zustroms aus der Uberlaufvorrichtung zur Grundplatte
des niedriger liegenden Kontaktaustauschers, was zur Verschlechterung der Bedingungen
der Wechselwirkung zwischen Gas und Flüssigkeit führt.
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Bekannt ist ferner ein Kontaktaustauscher(UdSSR-Urheber)
schein
194764) für die Wechselwirkung von Gas (Dampf) ni-t Flüssigkeit, der eine perforierte
Grundplatte, deren Öffnungen zum Durchtritt von Gas (Dampf) dienen, enthält und
mit mindestens einer Uberlaufvorrichtung versehen ist. Die Überlaufvorrichtung stellt
einen zylindrischen Stutzen dar, der mit der oberen Stirnseite an der perforierten
Grundplatte befestigt ist. Unter der unteren Stirnseite des Stutzens ist in einem
gewissen Abstand von ins ein Prallkörper der unter Bildung eines Ringspaltes algebracht,
wobei Prallkörper als Flachscheibe ausgebildet ist.
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s ist bekannt, dass eine gute Entgasung in der Überlaufvorrichtung
die Durchsatzleistung des Kontaktastauschers bezogen auf die Flüssigkeit erhöht.
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Die bekannte Überlaufvorrichtung hat eine unzureichenden Entgasung
wegen des geringen Flächeninhaltes der Eintrittsöffnung, was zum Uberfluten derselben
und folglich zur Arbeftsunfah"igkeit des ganzen Kont;aktaustauscherf'ühren kann.
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Da in der Überlaufvorrichtung nur ein Ringspalt vorhanden ist, dessen
Iföhe höchstens 15 mm beträgt, hat dies einen engen Bereich der stabilen Arbeit
des Kontaktaustauschers bezogen auf die Flüssigkeit zur Folge. Dadurch, dass sich
im Bodenzwischenraum nur ein ringförmiger Flüssigkeitsstrahl bildet, findet eine
unvollständige Phasentrennung statt, was zum Ausgleich der Konzentration bezogen
auf die Flüssig keit und folglich zur Herabsetzung des Wirkungsgrades der
Kolonne
führt, in welcher die vorstehend beschriebenen Kontakt austauscher verwendet sind.
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Darüber hinaus ist ein Kontakt austauscher< Urheberschein> <1>
(UdSSR 421331) zur Durchführung von Närme- und Stoffaustauschprozessen, die im System
Gas(Dampf) - Flüssigkeit ablaufen, bekannt. Dieser Austauscher enthält eine perforierte
Grundplatte, die mit min@estens einer Überlaufvorrichtung für die Flüssigkeit versenen
ist. Die Offnutzen der Grundplatte sind zum Durchtritt von Gas (Dampf) bestimt.
Die tiberlaufvorricntung stellt zwei gleichacusig angeordnete Stutzen dar, wobei
der in Bewegungsrichtung der Flüssigkeit obere stutzen teilweise den unteren umfasst.
Die Stutzen sind im Querschnitt kreisförmig. Unter jL"dQnl @tutzen ist mit einem
gewissen Spalt in bezug auf die untere Stirnseite des entsprechenden Stutzens ein
Prallkörper angeorsacht, der einen Ringspalt zum Ausströmen der Flüssigkeit bildet.
Die Pr,allkörper stellen flache Scheiben dar.
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Dieser Kontaktaustauscher kann einen hohe Wirkungsgrad im Vergleich
zu dew zuvor beschriebenen haben, was auf das Vorhandensein von zusätzlichen Kontaktzonen
der Phasen zurückzuführen ist.
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im oberen Stutzen ist ein trichterförmiges Führungselement konzensrisen
angeordnet, dessen grössere Grundfläche in zur Bewegung der Flüssigkeit entgegengesetzten
Richtung weist. Das Vorhandensein des Führungselementes
erweitert
den Bereich der stabilen Arbeit des Kontaktaustauschers insgesamt, weil die Ringspalte
der Überlaufeinrichtung aufeinanderfolgend zur wirkung kommen.
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Zum Zeitpun£'ct des Arbeitsbeginns der Überlaufeinrichtung strömt
die Flüssigkeit aus dem unteren Ringspalt aus. Je nach der Zunahme der Flüssigkeitsbelastung
stiegt der Flüssigkeitsstand in unteren Stutzen an, und nach Bereichen der oberen
Stirnseite desselben strömt die Flüssigkeit aus dem oberen Spalt aus.
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Der Nachteil der vorstehend beschriebenen Einrichtung ist ungenügende
Entgasung der Flüssi6keit in der Uberlaufvorrichtung und als Folge davon eine verhältnissig
geringe Durchsatzleistung bezogen auf die Flüssigkeit und ausserdem lokales Durchfallen
der Flüssigkeit an den Stellen inres Zulaufs auf die niedriger liegende perforierte
Grundplatte. Die Verminderung der Durchsatzleistung bezogen auf die Flüssigkeit
bei dem bekannten Kontaktaustauseher ist durch das Vorhandensein des trichterförmigen
Führungselementes bedienst, das den Durchgangsquerschnitt der Überlaufvorrichtung
verringert.
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Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Erhöhung des Wirkungsgrades
des kontaktaustauschers,die Erweiterung des Bereichs stabiler Arbeit und die steigerung
der Durchsatzleistung bezogen auf die Flüssi0keit.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kontaktaustauscher
zur
durchführung von Wärme- und Stoffaustauschproze@sen, die im System Gas (Dampf) -
Flüssigkeit ablaufen, zu schaffen, in derndurch Vervorllkommnung der Überlaufvorrichtung
eine Erhöhung der Durchsatzleistung bezogen auf die Flüssigkeit erreichbar ist.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass bei einem kontaktaustauscher
zur Durchführung von Wärme- und Stoffaustauschprozessen, die im System Gas (Dampf)
- Flüssigkeit ablauten, sLit einer perforierten Grundplatte, deren Öffnungen zum
Durchtritt von Gjs (Dampf) bcstiiuint sind, und mit mindestens einer Überlaufvorrichtung
für die Flüssigkeit, die zwei gleichachsig augeordnete Gehäuse, wobei das in Bewegungs
richtung der ßlüssißkeit obere Genäuse teilweise das untere umfasst, und zwei Prallkörper
enthält, von denen jeder unter dem Gehäuse mit einem gewissen Spalt in bezug auf
die untere Stirnseite des entsprechenden Gehäuses angebracht ist, erfindungsgemäßss
das obcre Gehäuse aus zwei Gehäuseteilen bestehl, die mittels eines Führungselementes
untereinander verbunden sind, vJobei das untere Gehäureteil einen kleineren Durch@angsquerschnitt
als das obere ausweist, und die untere Kante des Führungselementes<befindet>
sich oberhalb der oberen Stirnseite des unteren Gehäuses.
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Die Durchsatzleistung des kontaktaustauschers bezogen auf die Flüssigkeit
wird erfindungsgemäss durch Vergrösserung des Entgasungsspiegels erhöht, was zur
Vergrösserung
des Durchgangsquerschnitts der Überlaufvorrichtung
für die Flüssigkeit und zur Herabsetzung der Aufschwimmgeschwindigkeit der blasen
des bei der Entgasung wirkenden Gases führt, wobei letzteres die Wahrscheinlichkeit
der absperrung des Durchgangsquersc1irittes der Überlaufvorrichtung durch das bei
der Entgasung wirkende Gas auschliesst.
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Eine zufriedenstellende Entgasung der Flüssigkeit in der Überlaufvorrichtung
führt zu einem besseren Ausströmen der Flüssigkeit aus den Spalten, was die bildung
von stailen Flüssigkeitsfilmen in Bodenzwischenraum, die mit dem aufsteigenden Dampf
oder Gas kontaktieren, zur Folge hat und dementsprechend den Wirkungsgrad des Kontaktauscherserhöht.
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Dadurch, daß diese konstruktive Ausführung den Kontaktaustauschers
maximale Durchsatzleistung bezogen auf die Flüssigkeit durch Verbesserung der Entgasung
und der Aufnahmebedingungen der Flüssigkeit an den stellen des Zulaufs auf die niedriger
liegenden perforierten Gruiidplatten gewährleistet, ergibt sich eine Erweiterung
des Bereichs der stabilen Arbeit und Erhöhung des wirkungsgrades des Kontaktaustauschers.
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Vorteilhaft stellen das obere Gehäuseteil, das untere Gehäuseteil
und das untere Gehäuse jeweils einen zylindrischcn Stutzen dar.
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In anderer Weiterbildung stellt das obere Gehäuseteil, das
untere
Gehäuseteil und das untere Gehäuse jeweils einen rechteckigen Kasten dar.
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Bei dieter konstruktiven Ausführung der Gehäuseteile nimmt die Abflusslänge
bei gleicher beanspruchter Fläche gegenüber den in Form von zylindrischen Stutzen
ausgebildeten Gehäuseteilen zu, und dies teattittet e, die Durchsatzleistung des
kontaktaustauschers bezogen auf die Flüssigkeit zu steigern.
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-s ist vorteilhaft,den unter der unteren Kante des unteren Gehäuseteils
befindlichen Prallkörper mit einem spalt in bezug auf die wand des unteren Gehäuses
anzuordnen, welcherd-S daß der Flüssigkeit in den Flächenbereich des zweiten Prallkörpers
<gewährleistet> gelangt.
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Eine derartige Ausführung des Kontaktaustauschers erhöht die Durchsatzleistung
bezogen auf die Flüssigkeit durch Vergrösserung des Durchgangsquersennitts der Überlaufvorrichtung.
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vorzugsweise Das ubntere Gehäuse weist Öffnungen zum Durchtritt der
Flüssigkeit auf, die in der Wand des @ehäuses oberhalb der uteren Stirnseite des
unteren Gehäuseteils angebracht sind.
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Die Üffllunüen in der sind des unteren uehäuses bilden einen nydraulischen
Verschluss über dem oberen Spalt, d.h.
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sie Schleissen einen Gasdurchbruch durch diesen Spalt aus, wobei sie
dadurch die Absperrung der Uberlaufvorrichtung durch den Gasstrom verhindern.
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Falls ein Kontaktaustauscher mit mindestens zwei in Horizontalebene
montierten Überlaufvorrichtungen zum Einsatz gelangt, wird zweckrnassigerweise die
perforierte Grundplatte mit Aufnahmerinnefl versehen, von denen jede in weichem
Abstand zwischen den benachbarten ÜberlaufvorrichtunÕen unter einer Zwischenwand
angeordnet ist, welche die perforierte Grundplatte in sektionen aufteilt, in der
jeweils eine tJ4berlaufvorrichtung montiert ist.
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Mit einer solchen konstruktiven Lösung wird der Zulauf der Flüssigkeit
auf die Grundplatte des kontaktaustauschers sowie die Umverteilung dcr Flüssigkeit
auf der Grundplatte verbessert, wobei infolgedessen der Wirkungsgrad erhöht und
der Bereich der stabilen Arbeit der kontakteinrichtung erweitert wird. Ausserdem
erfüllen die Rinnen die Funktion von 6-tützeleuenten-für die perforierte Grundplatte,
was die Konstruktion des Kontaktaustauschers vereinfacht.
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Weitere Vorteile der Erfindung werden mit den beschriebenen nachfolgend
Auführungsbeispielen und den angezogenen Beispielen verdeutlicht; es zeigen: eines
Fib. 1 eine schematische Darstellung erfindungsgemässen Kontaktaustauschers mit
einer Überlaufvorrichtung in Längsschnitt; Fig. 2 einen erfindungsgemässenkontaktaustauscher
mit neun tIberlaufvorrichtungen in Form von zylindrischen Stutzen in Planansicht,
wobei die Öffnungen für den Durchtritt von Gas (Dampf) nicht dargestellt sind.
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Fig. 3 einen erfindungsgemässen Kontaktaustauscher mit sektionierenden
Zwischenwänder und Aufnahmerinnen; einen Fig. 4 erfindungsgemässen Kontaktaustauscher
mit drei n in Überlaufvorrichtungen in Form von rechteckigen Kästen, in Planansicht,
wobei die ffnungen fui den Durchtritt von Gas (Dampf) nicilt dargestellt sind; Fig.
5 eine Baugruppe eines erfindungsgemässen Kontaktaustauschers im vergrösserten Masstab.
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Der kontaktaustauscher zur Durchführung von Wärme- und Stoffaustauschprozessen,
die im System Gas (Dampf) - Flüssigkeit ablaufen, beispielsweise zur Sorption von
Stickstoffoden durch Wasser, besitzt eine perforierte Grundplatte 1 (i'jr. ), die
in einem Gehäuse 2 angeordnet und z.B. mit Öffnungen 3 zum Durchtritt von nitrosem
Gas und mit mindestens einer tIberlaufvorrichtung 4 für die Flüssigkeit versehen
ist.
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Die Vorricistung 4 ist an der Grundplatte 1 montiert und stellt zwei
gleichachsig angeoidnete Gehäuse 5 und 6 dar.
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Das in Bewegungsrichtung der Flüssigkeit obere Gehäuse 5 unfasst teilweise
das untere Gehäuse 6. Das obere Gehäuse 5 besteht aus zwei Gehäuseteilen 7 und 8,
die gleichachsig miteina@@er angeordnet und mittels eines Führungselementes 9 untereinander
verbunden sind. Das untere Gehäuseteil 8 hat einen kleineren Durchgangsquerschnitt
als das obere. Die untere Kante 9a des Führungselementes 9 befindet sich oberhalb
der
oberen Stirnseite 6a des unteren Gehäuses 6. Außerdem ist die Kontakteinrichtung
mit zwei Prallkörpern 10 und 11 versehen. Der Prallkörper 10 ist mit einem gewissen
Spalt 12 in bezug auf die untere stirnseite 6b des unteren Gehäuses 6 angebracht.
Der Prallkörper 11 ist mit einem gewissen Spalt 13 in bezuc, auf die untere Stirn".eie
da des unteren Genauseteils d angebracht. Die Gehäuseteile 7 und 8 (Fig.2) sowie
das Gehäuse 6 sind als zylindrische Stutzen ausgebildet.
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Wenn an der Grundplatte 1 mehr als eine Überlaufvorrichtung 4 montiert
ist, so sind diese durch Zwischenwände 14 zur Lenkung der Bewegung des Flüssigkeitsstroms
voneinander getrennt. Die perforicrte Grundplatte 1 ist mit einer Aufnahmerinne
15 (Fig. 3) versehen, die in gleichem Abstand zwischen den benachbarten Uberlaufvorrichtungen
4 angeordnet ist.
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Der Kontaktaustauscher zur Sorption von otickstoffoxyden arbeitet
folgendermassen.
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Die auf der perforierten Grundplatte 1 (Fig. 1) befindliche Flüssigkeit,
wasser oder schwache Salpertersäure bewegt sich in Richtung' der berlaufvorrichtung
4, während das Gas (Stickstoffoxyde) beim Passieren der Öffnungen 3 mit der Flüssigkeit
unter Bildung einer zweiphasigen Schicht in Iiechselwirkung tritt. Das Gas steigt,
nachdem es mit der Flüssigkeit Kontakt gehabt hat, zum höherliegenden Kontakt austauscher
auf. Die Flüssigkeit aber, nachdem sie die obere Stirnseite des oberen Gehäuseteils
7 erreicht hat,
gelangt in die Überlaufvorrichtung 4, wo sie vom
Führungselement 9 in das untere Gehäuse 6 abeworfen wird, woraus sie durch den Spalt
12 in Form eines ebenen Strahls (Film) in den Bodenzwischenraum ausströmt. Mit zunehmender
Blüssigkeitsbelastung infolge Erhöhung des Flüssigkeitsstandes im Hehäuse @ und
nach Errechen der oberen Stirnseite 6a strömt die Flüssigkeit in den Raum zwischen
den Wänden des unteren Gehäuses 6 und des unteren Gehäuseteils b über, wonach sie
durch den Spalt 13 in den Bodenzwischenraum in Form eines ebenen Strahls ausströmt.
So bilden sich im Bodenzwischenraum zwei sich parallel bewegende Flüssigkeitsstrahlen
aus, die mit dem von dem niedriger liegenden Kontaktaustauscher aufsteigenden Gas
in Wechselwirkung treten.
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Nach Erreichen des kolonnengehäuses 2 oder der Zwischenwände 14 (Fig.
2, 3 und 4) läuft die Flüssigkeit auf die Grundplatte 1 oder in die Rinnen 15 (Fig.
3) ab, die eine Dämpfung der Geschwindigkeitshöhe des sich bewegenden Flüssigkeitsstromes
und den zügigen Zulauf desselben auf die Grundplatte 1 gewährleisten sowie zu einer
besseren Umverteilung der Flüssigkeit auf der ebene der Grundplatte 1 beitragen.
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Die Dämpfung der Geschwindigkeit des Flüssigkeitsstromes und dessen
zügiger Zulauf auf die Grundplatte 1 bewirken, dass die obere Grenze des Arbeitsbereichs
der Kontakteinrichtun; Dezogen auf die Flüssigkeit zunimmt und dementsprechend der
Bereich der effektiven Arbeit erweitert wird.
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Die Ausführung der Uberlaufvorrichtung 4 aus zwei Gehäusen
5
und 6, wobei das Gehäuse 5 seinerseits aus zwei Gehäuseteilen 7 und 8 besteht, die
mittels des Führungselementes 9 untereinander verbunden sind, schafft günstige Bedingunen
für eine bessere Entgasung der Flüssigkeit, was es gestattet, die Durchsatzleistung
des Kontaktaustauschers bezogen auf die Flüssigkeit zu steigern und ein stabiles
Ausströmen der Flüssigkeit aus den Spalten 12 und 13 zu erzeugen.
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Zur Steigerung der Durchsatzleistung des Kontaktaustauschers bezogen
auf die Flüssigkeft bei gleicher beansprucabei ter Fläche werden Überlaufvorrichtungen
in Form von zylindrischen Stutzen stellen die Gehäuseteile 7 und 8 (Fig. 4) und
das untere Gehäuse 6 rechteckige Kästen dar.
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Der Prallkörper il (Fig. 5) ist mit einem spalt 16 in bezug auf die
Wand des unteren Gehäuse 6 angebracht.
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Der Spalt 16 wird so gtwahlt, dassrdaß die Flüssigkeit in den Flächenbereich
des unteren Prallkörpers 10 <sichergestellt ist> gelangt.
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Das untere Gehäuse 6 weist eine Öffnung 17 für den Durchtritt der
Flüssigkeit auf, die in der Wand des Genaues 6 oberhalb der unteren Stirnseite da
des Gehäuseteils b angebracht ist.
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Diese Einrichtung arbeitet ähnlich der vorstehend beschrieàenen,
jedoch wird der im Raum zwischen der Wand des Gehäuseteils 8 und der Wand des unteren
Gehäuses 6 laufende
Flüssigkeitsstrom in zwei @eile aufgeteilt,
von denen der eine aus dem Spalt 13 ausströmmt, während der andere durch den Spalt
18 auf den Prallkörper 10 gelangt, was die Durchsatzleistung bezogen auf die Flüssigkeit
und die Intensitat der @ekleinerung des unteren Flüssigkeitsstra@ds erhöhe, wobei
dementsprechend die Erfektivität der Wärme- und Stoffübergangs steigt. Die Öffnungen
17 im unteren Gehäuse 6 bilden über dem Spalt 13 einen hydraulischen Verschluss,
einen der Gasdurchbruch durch diesen Spalt ausschliesst. Auf diese Weise wird die
Absperrung der überlaufvorrichtung 4 durch den Gasstrom verhindert.
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einen Der erfindungsgemässe kontaktaustauscher, eingebaut in Abserber
zur Reinigung eines Stickstoff-Wasserstoff-Gemisches bei von Eohlendioxyd mittels
einer Monoäthanolamin-Lösung der en A@moniakproduktion, gewährleistet ein A@beit
des absorbers bei einer Flüssigkeitsbelastung von 5 bis 150 m5/m2h bei einer Geschwindigkeit
des gases im Querschnitt des Abs rechnet auf die Grösse F0 = W#γ bis 3,0 kg0,5
sec m0,5, wobei W die Geschwindigkeit des Gases im Absorber und die Dicate des Gases
im Absorber bedeuten.
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L e e r s e i t e